[發(fā)明專利]一種高導(dǎo)熱金剛石/銅復(fù)合材料的制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810091492.8
• 申請(qǐng)日: 2018-01-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108251733A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-07-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 武高輝;芶華松;張強(qiáng);林秀;丁偉;陳國(guó)欽;修子楊;姜龍濤;熊美玲
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C26/00
• 分類號(hào): C22C26/00;C22C9/00;C22C1/10
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 侯靜

一種高導(dǎo)熱金剛石/銅復(fù)合材料的制備方法，涉及一種復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有金剛石銅復(fù)合材料的制備方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)大尺寸薄片樣件的近凈成型、高質(zhì)量、大批量制備的問(wèn)題。制備方法：將金剛石粉裝入模具中振實(shí)做成預(yù)制體，將預(yù)制體吊裝在氣壓浸滲爐內(nèi)上部的提拉桿下端，將盛有銅合金的坩堝置于爐內(nèi)預(yù)制體下方；抽真空，在惰性氣體保護(hù)下升溫熔銅，下降提拉桿，加壓浸滲，保壓冷卻，卸壓，最后脫模。有益效果：本發(fā)明方法能實(shí)現(xiàn)高效率量產(chǎn)，力學(xué)性能高，成品率高，能制備大尺寸薄片樣件，樣件熱導(dǎo)率提高，制備成本低，雜質(zhì)含量少，成型模具和坩堝都可以重復(fù)使用。本發(fā)明適用于制備高導(dǎo)熱金剛石/銅復(fù)合材料及構(gòu)件。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種金剛石/銅復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)

隨著芯片集成度的不斷提高，電子封裝向小型化、輕量化和高性能的方向發(fā)展，使得電路的工作溫度不斷上升，系統(tǒng)單位體積發(fā)熱率不斷增大導(dǎo)致系統(tǒng)工作不穩(wěn)定。為了獲得穩(wěn)定的性能，必須改善散熱條件，因而電子封裝在微電子領(lǐng)域的重要性不斷提升，伴隨著新型電子封裝材料的需求也在不斷增加。高品質(zhì)金剛石是世界上目前已知熱導(dǎo)率最高的物質(zhì)，可達(dá)到1800-2000W/(m·K)，且室溫下是絕緣體，還具有介電常數(shù)低、熱膨脹系數(shù)低等特點(diǎn)，但單一的金剛石不易做成封裝材料，而且成本很高，較理想的是做成金屬基復(fù)合材料。金屬銅具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能和導(dǎo)熱性能，金屬銅的熱導(dǎo)率為404W/(m·K)，熱膨脹系數(shù)16.8×10^-6/K；金剛石銅基復(fù)合材料具有熱導(dǎo)率高于傳統(tǒng)金屬合金及氮化鋁陶瓷材料、熱膨脹系數(shù)與半導(dǎo)體材料相匹配、在海水鹽霧環(huán)境中耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，因此適用于相控陣?yán)走_(dá)等電子封裝和熱管理材料。

金剛石銅基復(fù)合材料制備的難點(diǎn)在于：(1)金剛石與銅的潤(rùn)濕性差，1150℃時(shí)金剛石與銅的潤(rùn)濕角為145°；(2)金剛石與銅高溫沒(méi)有固相反應(yīng)發(fā)生，碳在銅中沒(méi)有固溶度，因此難以燒結(jié)出致密的復(fù)合材料。通過(guò)金剛石表面改性，如加入強(qiáng)碳化物形成元素，可以一定程度改善金剛石與銅的潤(rùn)濕性，但改性的同時(shí)又帶來(lái)增加界面熱阻的新問(wèn)題，影響金剛石銅基復(fù)合材料的熱導(dǎo)率和熱膨脹系數(shù)。(3)金剛石石墨化問(wèn)題，在空氣中，金剛石773K以下可能完全石墨化。真空條件下，970K-1670K金剛石開(kāi)始發(fā)生部分石墨化現(xiàn)象，當(dāng)溫度高于2070K，金剛石完全石墨化。